706. 设计哈希映射的优化解法及其Python实现

2023-10-01 10:35:47

哈希映射是什么？

哈希映射（HashMap）是一种高效的数据结构，用于存储键值对。它允许您根据键快速检索值，时间复杂度为O(1)。哈希映射在计算机科学和软件开发中有着广泛的应用，例如缓存、数据库和编译器。

2. 如何设计哈希映射？

要设计自己的哈希映射，我们需要考虑以下几点：

散列函数： 散列函数用于将键映射到哈希值。哈希值是键的数字表示，它决定了键在哈希映射中的位置。
哈希表： 哈希表是哈希映射的存储空间。它是一个数组，每个元素都是一个链表或其他数据结构，用于存储具有相同哈希值的键值对。
冲突处理： 当两个键具有相同的哈希值时，就会发生冲突。冲突处理策略决定了如何存储和检索具有相同哈希值的键值对。

3. Python实现

class MyHashMap:

    def __init__(self):
        """
        Initialize your data structure here.
        """
        self.hash_table = [None] * 1000

    def put(self, key: int, value: int) -> None:
        """
        value will always be non-negative.
        """
        hash_value = key % len(self.hash_table)
        if self.hash_table[hash_value] is None:
            self.hash_table[hash_value] = [(key, value)]
        else:
            self.hash_table[hash_value].append((key, value))

    def get(self, key: int) -> int:
        """
        Returns the value to which the specified key is mapped, or -1 if this map contains no mapping for the key.
        """
        hash_value = key % len(self.hash_table)
        if self.hash_table[hash_value] is None:
            return -1
        else:
            for k, v in self.hash_table[hash_value]:
                if k == key:
                    return v
            return -1

    def remove(self, key: int) -> None:
        """
        Removes the mapping of the specified key if this map contains a mapping for the key.
        """
        hash_value = key % len(self.hash_table)
        if self.hash_table[hash_value] is not None:
            for i, (k, v) in enumerate(self.hash_table[hash_value]):
                if k == key:
                    del self.hash_table[hash_value][i]
                    break

4. 优化技巧

为了提高哈希映射的性能，我们可以使用以下优化技巧：

选择合适的散列函数： 散列函数的质量对哈希映射的性能有很大的影响。一个好的散列函数应该具有以下特性：
- 均匀分布：散列函数应该将键均匀地分布到哈希表中，避免出现哈希碰撞。
- 快速计算：散列函数应该易于计算，以便快速找到键的位置。
- 确定性：散列函数应该对于相同的键总是返回相同的值。
调整哈希表的大小： 当哈希表变得太满时，哈希碰撞的可能性就会增加。我们可以通过调整哈希表的大小来避免这种情况。
使用链地址法处理冲突： 链地址法是一种常用的冲突处理策略。它将具有相同哈希值的键值对存储在链表中。
使用开放寻址法处理冲突： 开放寻址法是一种更简单的冲突处理策略。它将具有相同哈希值的键值对存储在哈希表中。当哈希表已满时，可以使用线性探测法或二次探测法来查找空的位置。